（交通运输规划与管理专业论文）基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究.pdf

摘要 摘要 在世界各国，交通标志一直是一个熟点研究问题，然而目前对交通标志的研究大多还局限在 对标志外观尺寸、颜色搭配以及设施结构、材料等方面，较少有从驾驶人在驾驶过程中的特征如 眼部运动特征出发，研究驾驶人对交通标志的视认性。驾驶人的眼部运动特征如：眼睑闭合状态、 对目标的注视次数、注视时间等是驾驶人注意力的线索，能够很好地反映驾驶人与自身所处驾驶 环境( 车内、车外) 的互动关系，以及反映驾驶人的内在生理、心理状态。因此在交通标志视认 性的研究中以驾驶人为本，获取驾驶人在交通标志视认过程中的眼部运动特征数据，并以此为纽 带定量化地研究不同影响因素对交通标志视认性的影响，将有助于从驾驶人自身特性的角度出发 对影响交通标志视认性的主要因素进行辨别和分析。 本文首先从交通标志属性、驾驶人属性以及道路交通环境三个方面分析了交通标志视认性影 响因素对标志视认性的影响以及国内外相关研究方法，并在此基础上针对性地选择了一些影响因 素作为后续研究的目标。通过室外实时驾驶实验和室内模拟实验，借助眼动仪获取了不同类型驾 驶人在不同的交通环境下行驶时，对不同交通标志的眼部运动特征参数( 注视次数、注视时间) ， 并以此为基础定量化地研究了交通标志属性( 颜色、形状、信息量、类型) 、驾驶人属性( 性别、 年龄、驾龄) 、交通环境属性( 道路交通量、驾驶人对道路交通的熟悉程度) 对交通标志视认性 影响。在此基础上，本文提出了基于视线跟踪技术的交通标志视认性评价方法，以驾驶人实时驾 驶时的眼部运动特征参数为评价指标和依据考察和评价交通标志的设计、设置方案。 最后将基于视线跟踪技术的交通标志视认性评价方法应用于交通标志设计、设置的实例，以 驾驶人对交通标志的注视次数、注视时间为纽带定量化地评价了交通标志设计、设置方案，并与 已有的标志量化评价方法作出比较，结果证明本文提出的方法能够直观地、方便地对标志的设计 和设置方案作出有效评价。 关键词：交通标志、驾驶人、视认性、眼动仪、视线跟踪、眼部运动特征 a b s t r a c t a b s t r a c t i nc o u n t r i e sa r o u n dt h ew o r l d ，t r a f f i cs i g n sh a v ea l w a y sb e e nah o tr e s e a r c hi s s u e s ，h o w e v e r t h e c u r r e n ts t u d i e sm o s t l ys t i l ll i m i t e dt ot h ea p p a r e n ts i z eo fs i g n s 、c o l o rm a t c h e sa sw e l la sf a c i l i t y s t r u c t u r e 、m a t e r i a la n ds oo n ，r a r e l yh a v es t u d i e sf r o mt h ed r i v e r sc h a r a c t e r i s t i c si nd r i v i n g ( s u c ha se y e m o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c ) t os t u d yt h et r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o no fd r i v e r t h ed r i v e re y e sm o v e m e n t c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha s t h ee y e l i dc l o s e ds t a t e 、t h ef i x a t i o nt i m e sa n df i x a t i o nd u r a t i o nt ot a r g e t se te li s t h ec l u e so fd r i v e r s a t t e n t i o n ，c a nr e f l e c tt h ei n t e r a c t i v er e l a t i o n s h i po fd r i v e r sa n dt h e i rd r i v i n g e n v i r o n m e n t ( i n v e h i c l e 、o u t v e h i c l e ) w e l l ，a n di n t r i n s i cp h y s i o l o g i c a la n dp s y c h o l o g i c a ls t a t eo fd r i v e r s t h e r e f o r e ，i nt h er e s e a r c ho ft r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o ns h o u l db ed r i v e r - o r i e n t e d ，o b t a i ne y e sm o v e m e n t c h a r a c t e r i s t i cd a t ao fd r i v e r si nt h ep r o c e s so ft r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o n ，a n dt a k et h i sa sak e yl i n kt o s t u d yt h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t o r so nt r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o nq u a n t i t a t i v e l y , t h i sw i l lb eh e l p f u lt o i d e n t i f ya n da n a l y z et h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r sf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fd r i v e r s o w nc h a r a c t e r i s t i c s t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e dt h ee f f e c to fi n f l u e n c ef a c t o r so nt r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o nf r o mt h r e e a s p e c t s ：t r a f f i cs i g n sa t t r i b u t e s 、d r i v e ra t t r i b u t e s ，a n dr o a dt r a f f i ce n v i r o n m e n t ，a n di n t r o d u c e dr e l a t e d r e s e a r c hm e t h o d sa th o m ea n da b r o a d ，o nt h i sb a s i s ，p o i n t e d l yc h o s es o m ei n f l u e n c ef a c t o r sa s s u b s e q u e n tr e s e a r c ht a r g e t s t h r o u g ho u t d o o r r e a l - t i m ed r i v i n ge x p e r i m e n t sa n di n d o o r s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s b yu s i n ge y et r a c k e ro b t a i n e ds o m ee y e sm o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r s ( f i x a t i o n t i m e s 、f i x a t i o nd u r a t i o n ) t od i f f e r e n tt r a f f i cs i g n s ，w h e nd i f f e r e n tt y p e so fd r i v e r sd r i v i n gi nd i f f e r e n t t r a f f i ce n v i r o n m e n t 。a n do nt h i sb a s i cq u a n t i t a t i v es t u d i e dt h ee f f e c to ft r a f f i cs i g n sa t t r i b u t e s ( c o l o r 、 s h a p e ，t h ea m o u n to fi n f o r m a t i o n 。t y p e ) ，d r i v e ra t t r i b u t e s ( g e n d e r ，a g e ，d r i v i n gy e a r s ) ，t r a f f i c e n v i r o n m e n ta t t r i b u t e s ( r o a dt r a f f i cv o l u m e 、d r i v e r sf a m i l i a rd e g r e et or o a dt r a f f i c ) o nt r a f f i cs i g n s r e c o g n i t i o n o nt h i sb a s i s ，t h i sp a p e rp r o p o s e dt r a f f i cs i g n sr e c o g n i t i o na n de v a l u a t i o nm e t h o d sb a s e d o ne y et r a c k i n gt e c h n o l o g y , t a k ee y em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r so fd r i v e r si nd r i v i n ga sa n e v a l u a t i o ni n d e xa n db a s i st oi n s p e c ta n de v a l u a t et r a f f i cs i g n s d e s i g na n ds e t t i n gp l a n f i n a l l ya p p l i e dt h em e t h o dp r o p o s e di n t h i sp a p e rt 0t h ee x a m p l e so ft r a f f i cs i g n s d e s i g na n d s e t t i n gp l a n ，t a k ed r i v e r s f i x a t i o nt i m e sa n df i x a t i o nd u r a t i o nt ot r a f f i cs i g n sa sk e yl i n k st oe v a l u a t e t r a f f i cs i g n s d e s i g na n ds e t t i n gp l a nq u a n t i t a t i v e l y , a n dc o m p a r e dt oe x i s t e dt r a f f i cs i g n sq u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o dp r o p o s e di nt h i sp a p e rc a nb ed i r e c t l ya n de a s i l y m a k ee f f e c t i v ee v a l u a t i o nt ot r a f f i cs i g n s d e s i g na n ds e t t i n gp l a n k e yw o r d s ：t r a f f i cs i g n ，d r i v e r , l e g i b i l i t y ，e y et r a c k e r ，g a z et r a c k i n g ，e y em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：啦导师签名： 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 交通标志是道路信息的载体，以图形、文字和符号的形式向驾驶人传达着信息1 1 i 。其设置的 目的是为了满足驾驶人行车中对信息的需求，消除疑惑，使其能够安全有效地完成行车任务。在 世界各国，交通标志一直是一个热点研究问题，然而目前对交通标志的研究大多还局限在对标志 外观尺寸、颜色搭配以及设施结构、材料等方面，较少有从驾驶入在驾驶过程中的自身的特征出 发，如眼部运动特征( 眼脸闭合状态、对标志的注视时间、注视次数等) 去研究驾驶人对交通标 志的视认特性。 在我国，虽然颁布了道路交通标志的国家标准，但目前尚缺少较为完善和系统的评价方法来 评价交通标志设计、设置方案的效果，国内的学者和研究机构从心理学、信息度量、视角域值几 个方面进行了研究和探索，为交通标志评价方法的建立提供了很多有益的探索，但是较少有通过 获取驾驶人在真实道路交通环境下视认标志时的眼部运动特征参数来设计交通标志评价方法的 研究。 驾驶人的眼部运动特征如：眼睑闭合状态、对目标的注视次数、注视时间等是驾驶人注意力 的线索，能够很好地反映驾驶人与自身所处驾驶环境( 车内、车外) 的互动关系，以及反映驾驶 人的内在生理、心理状态。因此在对交通标志视认特性的研究中以人为本，从关注驾驶人自身特 性的角度出发，研究驾驶入在交通标志视认过程中的眼部运动特征和视认特性以及两者间的联 系，将有助于对影响交通标志视认性的主要因素进行辨别和分析，从而为建立评价交通标志有效 性的评价指标体系提供理论基础和数据支撑，进而为交通标志的设计方案提供了有效的筛选和评 价手段。 本文从交通标志的视认性角度出发来考察标志设置方案，试图以驾驶人为本，通过获取驾驶 人真实驾驶条件下视认标志的特征参数来定量化地分析和研究各类冈素对交通标志视认性的影 响，并在此基础上考察和设计基于驾驶人眼动特征的交通标志评价方法。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 国外对反映驾驶人注意力的眼部运动特征的研究以及交通标志的视认性研究起步较早，取得 了一定的研究成果。 m a r t e n s 和f o x 通过研究认为驾驶人驶过一条特定路线次数越多，他们眼睛停留在交通标志 上的时间越短。同时他们通过研究发现即使驾驶人眼睛停留在交通标志上的时间变少，但是他们 东南大学硕： 学位论文 仍然知道这些标志上的信息1 2 l 。 l u o m a 通过研究认为驾驶人实际上会留意每一个交通标志，但是他们在警告标志上的停留次 数是平均次数的两倍，平均停留时间是5 0 0 m s 。同时发现l o o m s 的停留时间足够驾驶人辨别交通 标志的颜色和形状，这在大多数情况下能够让驾驶人知道交通标志提供何种信息，从而决定是否 需要在交通标志上停留更多的时间。此外通过实验得出驾驶人眼睛在交通标志上的平均停留时间 在4 1 0 m s 至6 4 4 1 1 1 8 之吲川。 z w a h l e n 通过研究发现驾驶人眼睛在停车标志上的停留次数在1 4 5 次至2 7 7 次之间，停留时 间处于6 5 0 m s 至8 2 0 m s 之间。同时他发现驾驶人眼睛在弯道警告标志上的停留次数在1 6 次至3 5 次之间，停留时间处于5 1 0 m s 至6 2 0 m s 之间1 4 1 。 m a r i e k eh m a r t e n s 和m i c a hf o x 在上述研究的基础上，借助眼动仪研究了驾驶人对指定路段 上1 6 个不同类型交通标志的视认特性，在此基础上通过连续的实验研究了驾驶人对路段的熟悉 程度对交通标志视认性的影响。研究得出了驾驶人眼睛在对不同类型的交通标志的停留次数范 围，并且给出了驾驶人在对路段不同熟悉程度下，对不同类型交通标志停留次数的变化【5 】。 国外上述研究在各个不同影响因素下研究了交通标志的视认性，但是国外研究反映的是国外 驾驶人的视认特性，其参数和结果并不一定能够适用于中国驾驶人以及中国机非混行的交通环 境，这是本文研究的目的所在。 1 2 2 国内研究概况 国内对交通标志视认性研究仍处于起步阶段，大多集中于交通标志的形状、颜色文字等因 素，对基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性的相关研究较少。 同济大学林雨以室内实验为研究手段，研究了指路标志信息量与认知性关系。他通过记录试 者视点在室内模拟影像中播放的指路标志上的停留时间从而得到不同信息量指路标志的认知时 间建立了标志信息量与认知时间的量化关系。研究成果对指路标志版面信息量设计具有很好的参 考价值但是研究还仅仅局限于文字型的指路标志，采用标志上的汉字字数和路名数作为信息量量 化指标，而实际上标志信息量应为版面所有信息的集合包括文字字数、路名数、箭头数量以及其 他类型交通标志，对于组合式指路标志的信息量量化评价方法指标的选取以及认知性还有待于进 一步研究。此外研究是在室内实验的环境下获取驾驶人的视认特性数据，是否与实际道路交通环 境下驾驶人的视认特性相吻合还有待研究。 国内的一些学者还从信息学、心理学等角度对交通标志视认性展开研究，取得了一定的研究 成果。吉林大学曹鹏从信息度量的角度对驾驶人交通标志视认性进行了研究。作者将信息理论运 用于解释交通标志信息的传递过程，建立了交通标志的信息传输模型。运用信息熵方法将驾驶 人接受的标志信息进行量化，并以实际调查数据为依据，运用该方法评价现有交通标志的信息传 递质量怕i 。 隽志才、吴文静、从认知心理学的角度出发对交通标志视认性进行了研究，研究者从认知心 理的角度研究了驾驶人对交通标志的视认性，建立了基于认知心理学的驾驶人信息处理过程概念 2 第一章绪论 模型，提出了用知觉理论解释不同驾驶经历的驾驶人对标志识别存在的差异现象，用特征说理论 解释了标志的独特性有利于驾驶人的识别7 1 。以上研究分别从信息学和心理学的角度对交通标志 视认性进行了研究和探索，但这些研究没有系统、全面地对影响交通标志视认性的因素进行整合， 没有从反映驾驶人注意力的眼部运动特征出发对交通标志视认性进行研究。 此外，国内对交通标志设计方案的筛选、评价方法和指标体系的研究处于起步阶段，尚没有 形成较成熟、系统的理论体系。这正是本文研究的目的所在。 1 3 研究内容 基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究包含内容较多，本文拟从以下几个方面进行 研究： 1 影响交通标志视认性主要影响因素研究 交通标志视认性主要影响因素是基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究的基础和 依据，驾驶人在不同影响因素下有着不同的眼部运动特征和交通标志视认特性。 根据国内外研究成果，影响驾驶人交通标志视认性的主要因素体现在三个方面：交通标志自 身属性、驾驶人自身属性以及交通环境。交通标志自身属性对交通视认性的影响体现在交通标志 的颜色、形状、大小、信息量等因素。驾驶人自身属性对交通标志视认性的影响主要体现在驾驶 人的驾龄、性别、年龄、对路段的熟悉情况等。交通环境对交通标志视认性的影响主要体现在交 通流运行情况、交通组成等因素。 本部分分析国内外已有的对三大类影响冈素与交通标志视认性之间关系研究的成果，并有针 对性地选择了一些影响因素，作为后续研究的对象，通过借助眼动仪获取在真实驾驶条件下不同 驾驶人对不同类型交通标志的眼部运动特征参数，并以此定量化地分析和研究所选取的各种影响 因素对交通标志视认性的影响。 2 基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究 本部分借鉴国外发达国家对驾驶人眼部运动特征的研究思路和方法，结合国情和已有实验条 件，设计基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究的实验方案，在不同的视认性影响因素 下进行现场实验并对实验数据进行分析和处理，研究在我国交通环境下，驾驶人视认交通标志过 程中的眼部运动特征，运用驾驶人的眼部运动特征来验证和解释影响囚素对驾驶人交通标志视认 性的影响，通过眼部运动特征的相关参数量化不同交通标志视认性影响因素对标志视认性的影响 程度。 3 交通标志设计方案筛选、评价方法研究 本部分根据以上研究结论，以提高交通标志视认性、科学设置、设计交通标志为目标，从驾 驶人眼部运动特征与交通标志视认性之间关系的角度提出基于驾驶人眼部运动特征的交通标志 视认性评价指标，并在此基础上设计基于视线跟踪技术的交通标志评价方法。 3 东南大学硕士学位论文 1 4 研究技术路线 1 确定研究目标，确定本研究要达到的目标及评价准则。总体研究目标是以后所有工作的 纲领，确定工作的总体思路和技术路线，起到协调各步骤研究方向的作用。 2 主要收集国内外关于驾驶人眼部运动特征和交通标志视认性的资料，借鉴其研究方法， 吸取其研究经验，拓宽研究思路。 3 掌握整个实验环节所需的系统，包括交通信息采集车、s m a r t e y ep r o 眼动跟踪系统以及 对驾驶人的培训，熟练运用s m a r t e y ep r o 眼动跟踪系统对驾驶人的眼部运动特征进行全程实时 跟踪。设计基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究的实验方案，在不同的影响因素下进 行大量的现场实验，借助眼动仪获取不同类型的驾驶人在视认不同类型交通标志时的眼部运动特 征参数，并以此为基础定量化地分析和研究三大类因素对交通标志视认性的影响。 4 、提出基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性评价指标、评价方法和评价流程，并与 其他方法作出比较。 1 5 本章小结 本章明确了基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究是一项有较大实际应用价值的 课题；系统而深入的了解了该课题相关的国内外研究现状和主要成果；明确了研究的对象、内容 及目标，拟定了本文的研究方法和技术路线，为本研究奠定了基础。 4 第二章交通标志视认性主要影响因素研究 第二章交通标志视认性主要影响因素研究 交通标志的视认性是指在有限的时间内标志内容被道路使用者正确识别并理解的能力。对应 的时间为标志的认知时间，即从能识别标志上的文字图形时起到完全理解标志内容时止的全部时 间长度j 。 机动车驾驶人在行车过程中，对道路交通标志的感觉分五个阶段，即发现、识别、认读、理 解、采取措施。从驾驶人发现标志到标志安装之间的距离称为标志的视认距离1 9 】。保证驾驶人在 标志前一定距离内辨清标志内容，并在到达目标前有充分时间采取措施，关键在于保证标志的视 认距离。标志设置的高度、角度、照明等都对驾驶人的视认产生影响。 影响驾驶人交通标志视认性的因素主要体现在三个方面：交通标志自身的属性、驾驶人自身 的影响因素、交通环境。交通标志自身的属性对交通视认性的影响主要体现在交通标志的颜色、 形状、大小、信息量等方面：驾驶入自身属性对交通标志视认性的影响因素主要体现在驾驶人的 年龄、性别、驾龄等特征：交通环境对交通标志视认性的影响因素主要体现在交通流运行情况、 交通组成、驾驶人对道路交通环境的熟悉情况等方面。 本文总结了这三大类影响因素对交通标志视认性的影响，并在此基础上有针对性地选择了一 些影响因素，作为基于驾驶人眼部运动特征的交通标志视认性研究的对象，借助视线跟踪技术， 通过安排不同类型驾驶人在真实的道路交通环境下驾驶车辆实验，获取在真实驾驶条件下不同驾 驶人对不同类型交通标志的眼部运动特征参数，并以此定量化地分析所选取的各种影响因素对交 通标志视认性的影响。 2 1 交通标志属性对交通标志视认性的影响分析 交通标志属性如交通标志的颜色、形状、信息量等均直接地影响驾驶人对交通标志的视认特 征，国内外学者和研究机构对此研究较多，取得了一定成果，研究多数为定性分析，本文从交通 标志的颜色、形状、信息量、类型等方面分析了交通标志的这些属性对标志视认性的影响。 2 1 1 交通标志颜色对视认性的影响分析 人们对不同的色彩表现出不同的好恶，这种心理反应，常常是因人们生活经验、利害关系以 及由色彩引起的联想造成的，此外也和人的年龄、性格、素养、民族、习惯分不开。例如看到红 色，联想到太阳，万物生命之源，从而感到崇敬、伟大，也可以联想到血，感到不安、野蛮等等。 看到黄绿色。联想到植物发芽生长，感觉到春天的来临，于是把它代表青春、活力、希望、发展、 和平等等。看到黄色，似阳光普照大地，感到明朗、活跃、兴奋f l 叭。 由此可见颜色对人类认知客观事物有着很大的影响，这种影响同样存在于人类对交通标志的 视认过程：心理学家经过多次研究试验得出结论，对于较小的视标来说，红色的视认性、诱目性 5 东南大学硕上学位论文 和识别性最好，而对于较大的视标而言，黄色的视认性、诱目性及识别性最好i l l l ，因此，在交通 管理上将红色和黄色分别用于禁止和警告标志。另外，由于蓝色的可读性最好，因此，交通标志 中的指示和指路标志多采用蓝底白字，以便于司机能迅速地读出标志中所标示的含义，确保行车 安全。 通过各种研究和实验，人们对道路交通标志的色彩提出了如下四个方面的要求： 1 应具备视认性。一些表示危险和禁止的标志( 信号) 应使人们容易发现和看到。不同的 颜色在同一位置给人造成的心理感觉不同，有的颜色看起来较近，有的看起来较远，前者叫前进 色，后者叫后退色。一般波长长的颜色如红色、黄色等是前进色，波长短的颜色如绿色、蓝色等 是后退色。前进色又叫暖色，可给人以紧迫感，其视认性最好。 2 应具备诱目性。人们对某种颜色的视觉反应最敏感，最易引起注意，印象最深，就称这 种颜色的诱目性最好。心理学研究表明，在各种颜色中，红色具有最好的诱目性，黄色次之，黑 色最差。 3 应具备可读性。试验表明，蓝色和黑色的可读性最好。 4 应具备识别性。红色、黄色和蓝色的识别性最好。 国际上关于交通标志色彩的安全色一书中规定：安全色是表达安全信息含义的颜色，表 示禁l 匕、警告、指令、提示等。安全色为红、黄、蓝、绿四种颜色，对比色是使安全色更加醒目 的反衬色。对比色为黑白两种颜色，黄色的对比色为黑色，其余三种安全色的对比色均为白色， 黑白色互为对比色i 1 2 l 。 因此我国道路交通标志的颜色便是以安全色红、蓝、黄、绿和对比色黑色、白色这六种颜色 中的若干种组成。这样既考虑了标志的视觉清晰度，又考虑了颜色所能表达的抽象意义和产生的 直观联想作用，即颜色使人产生了心理作用。从人的心理习惯看，红色对人的视觉刺激较强，容 易联想到血与火，从而产生危险感。因此，红色一般用于禁令标志：黄色比较醒目，在心理上产 生警戒的感觉，易引起人们的注意，一般用于警告标志；绿色给人以和平安宁的感觉，一般用于 指路标志。白色有明亮、洁净之意，黑色有沉重厚实之感，黑色与白色色彩的搭配能增强标志的 鲜明感。绿色和白色配合使用使人产生舒适、恬静、和平、安全的感觉。 基于上述分析可知颜色对交通标志视认性确实存在着较大的影响，但是目前对这种影响定量 化的分析研究较少，本文拟通过实验，借助视线跟踪技术定量化地分析和研究颜色对交通标志视 认性的影响。 2 1 2 交通标志形状对视认性的影响分析 形状是反映物体特征信息的重要载体，不同的形状的背景有不同的视觉效果，在面积相同的 情况下，不同的形状易见性的顺序为：三角形、菱形、正方形、矩形、圆形等。其规律为正规形 状中锐角越多越容易辨认，钝角越多、在几何形状上越接近圆形的形状辨识效果越差13 1 。由此可 见和颜色一样，形状对交通标志视认性同样存着明显的影响： 因此，最为重要的表示危险的警告标志都采用易见性最好、辨认效果好的正三角形，而那些 6 第二章交通标志视认性主要影响因素研究 含有较多提示信息的指路标志多采用方形。虽然圆形易见性较低，但在同样条件下，圆形内的字 符图案显得大一些，看起来更清楚，且圆形和周围其他形状，如矩形、长方形和三角形等易于区 别。故选用圆形带斜杠作禁令标志。 我国交通标志的基本形状有矩形、长方形、圆形、三角形等几种。指示、指路和辅助标志因 要辅以文字说明、图像符号等信息，信息量较多，故采用长方形或正方形。警告标志最为醒目、 最易辨认，为了引起驾驶人注意，选用视认性最好的三角形。另外在禁令标志中，唯一采用倒三 角形标志设计的为减速让行标志，辅以醒目的红色提醒车辆减速让行。 基于上述分析可知形状对交通标志视认性同样存在着较大的影响，但是目前对这种影响的研 究以定性研究为主，定量化的分析研究偏少，本文拟通过实验，借助视线跟踪技术定量化地分析 和研究形状对交通标志视认性的影响。 2 1 3 交通标志信息量对视认性的影响分析 和颜色、形状类似，交通标志的信息量同样对标志的视认性起着明显的影响。林荣泰对图标 ( 也包括交通标志) 评估相关研究的结果表明，用语意传达、设计品质、象征意义3 个因子，可以解 释标志设计的优劣程度达8 7 0 5 。用明确不明确、易于辨认不易辨认代表语意传达，复杂，简洁、 醒目不醒目代表设计品质，具体抽象、不具联想性，易于联想代表象征意义。交通标志的设计除 需满足这3 个要求，为使驾驶人能在复杂的道路环境中对标志进行识别，还应该具有独特性【i 引。 用p e a r s o n 相关系数来检验信息量与各解释因素之间的相关性，见表2 1 t ”1 。 表2 一l 各因子之间的相关分析 信息量明确性辨认性复杂性醒目性联想性具体性独特性 信息量 1 0 0 0- 0 6 6 5- 0 5 9 3- 0 2 4 50 2 7 5- 0 2 4 20 7 5 50 4 1 5 o o o o0 0 0 00 0 0 4o 0 0 l0 0 0 4o o o oo 0 0 0 明确性 1 0 0 00 8 9 00 4 6 40 6 0 30 3 9 00 7 4 4- o 2 3 l 0 0 0 00 0 0 0o o o oo 0 0 0o 0 0 00 0 0 6 辨认性 1 0 0 0- 0 5 4 50 6 5 50 3 9 60 7 0 9- 0 1 6 7 0 0 0 0o o o o0 o o o0 o o o0 0 5 l 复杂性 1 0 0 00 4 9 40 2 2 3o 3 1 60 0 9 4 0 0 0 0o 0 0 9o o o o0 2 7 l 醒目性 1 0 0 0o 3 1 50 4 8 40 0 4 6 0 o o oo 0 0 00 5 9 4 联想性 1 0 0 00 3 3 70 0 9 9 o 0 0 0 0 2 4 9 具体性 1 o o o0 3 5 7 0 0 0 0 独特性 1 0 0 0 7 东南大学硕士学位论文 由表2 1 可知，信息量与各项目之间( 明确性、辨认性、复杂性、醒目性、联想性、具体性、 独特性) 相关系数有显著意义( o 0 l 水平) ，说明可以依据信息量的分类来确定图标的优劣，信 息量是评价标志语意表达质量的有效指标。 信息度量首先是在通信领域中进行研究的，信息的奠基人仙农分析通信过程是随机信号和随 机噪声通过通信系统的过程，通信系统是随机变量的集合。因此，他用概率测度和数理统计方法 讨论通信的基本问题，并建立了由信源，信道与编、译码器，信宿组成的通信系统模型【1 6 l 。从本 质上说，驾驶人对交通标志的识别也是一个交通信息的通讯过程。道路交通标志信息传输模型如 图2 1 所示。 图2 - 1 道路交通标志信息传输模型 交通标志用各种图形、符号、文字以及各种颜色，通过编码变成信号与道路中其他信源共 同向驾驶人预报道路信息状况。信息传递至信道往往会受到噪声的干扰，比如树、建筑物、广告 牌的遮挡或是混淆，从而造成信息某种程度的失真。接收信息的驾驶人在道路系统中充当着译码 器的作用。将信号转变为驾驶人可用的信息，并根据接受到的信息采取相应的驾驶行为。 信息的传递过程，对收信人，此处指驾驶人米说，是一个从不知钊知的过程，或者说是一个 从不确定到确定的过程，是消除不确定的过程。某一事物状态具有信息量的大小，与该事物可能 出现的不同状态的数目及状态出现的概率大小有关。可以直观地把信息量定义为收到消息获得的 信息量= 不确定性减少的量= ( 收到此消息前关于某事件发生的不确定性) ( 收到此消息后关于某事 件发生的不确定性) 。 具体对交通标志来说，一个有效、可靠的标志能完全消除道路使用者的不确定性。如果一个 交通标志对不同的人。有不同的含义，那么这个标志的信息量就太大。容易产生歧义，这样的标 志并不能消除驾驶人对道路情况的不确定性，不能准确地传递信息。 每个交通标志的平均信息量与每个标志可能的含义出现的概率有关。吉利大学曹鹏，吴文静 等人据此建立了交通标志的信息传输模型1 7 1 j l h ( x ) 2 ( i n ) l 0 9 2 ( n n i ) ( 2 一1 ) i = 1 式中，n 为一个标志可能具有的含义的总个数，n 为每一种含义在这个样本空间出现的次数。 根据这一公式，曹鹏对长春市区驾驶人对交通标识的识别状况做了调查分析，所得结果如下： 8 第二章交通标志视认性主要影响因素研究 表9 - 2 交通标志的信息量统计 标志窄桥避车道左右绕行道路终点最低限速 此路不通 信息量 0 3 9 30 4 3 50 4 3 60 4 6 5o 3 90 2 1 7 从表2 2 中可知，驾驶入对此路不通标志的不确定性最低，窄桥和最低限速次之，而避车道、 左右绕行和道路终点标志的信息量最大。驾驶人正确识别标志的比例分析见表2 - 3 表2 - 3 交通标志的正确识别率 标志窄桥 避车道左右绕行道路终点低限速此路不通 比例4 5 2 5 2 44 0 54 2 95 08 4 2 此路不通的正确识别率达到8 4 2 ，结合信息量的计算结果o 2 1 7 ，可见此交通标志的视认性 相对其他标志较好。而避车道标志，虽然驾驶人对其的正确识别率为5 2 4 ，高于最低限速标志 的5 0 ，但是其信息量却较大，可见驾驶人对避车道标志的不确定性较高。 表2 4 交通标志的正确识别率 标志禁止车辆长步行易滑车距确认省道 标志 期停放 比例6 5 93 4 15 4 58 6 4 7 7 _ 3 比例 从表2 - 4 可见，步行标志的识别率最差，很多驾驶人将其误认为是人行横道标志。驾驶人也 多把易滑误认为是道路多弯标志。此外，驾驶人对禁止车辆长期停放标志和禁止车辆暂时和长期 停放标志的区别也存在着困难。 从以上分析可知，交通标志的信息量对其视认性有很人影响，可以作为衡量交通标志发计优 劣的有效手段。本文拟通过安排驾驶人在真实城市道路上驾车行驶，借助眼动仪和视线跟踪技术 获取驾驶人在视认含有不同信息量交通标志时的眼部运动特征，以分析和研究在真实道路交通环 境下，交通标志的信息量对交通标志视认性的影响。 此外同济大学林雨以室内实验为研究手段，研究了指路标志信息量与认知性关系。他通过记 录试者视点在室内模拟影像中播放的指路标志上的停留时间从而得到不同信息量指路标志的认 知时间建立了标志信息量与认知时间的量化关系1 6 l ，同时研究指出指路标志版面的路名个数以低 于6 个为宜，并且有以下公式根据指路标志路名个数计算驾驶人对指路标志的注视时剧1 8 j ： y=00387x200247x+13443(2-2) 式中r 驾驶人对指路标志的认知时间( s ) x 指路标志的路名个数 2 1 4 交通标志类型对视认性的影响分析 不同类型的交通标志通过颜色、形状、字符的不同组合来区别，比如警告标志一般采用黄黑 色调、正三角形的搭配，而禁令标志则采用圆形、红白色调的设计可以想象不同类型的交通标 9 东南大学硕 ：学位论文 志虽然各自会存在着差异，但是作为整体相对其他类型的交通标志必然存在着不同的视觉效果， 即驾驶人对不同类型的交通标志有着不同的眼部运动特征。 国外学者和研究机构对此研究开展的较早：l u o m a 通过研究认为驾驶人实际上会留意每一个 交通标志，但是他们在警告标志上的停留次数是平均次数的两倍，平均停留时间是5 0 0 m s 。 z w a h l e n 通过研究发现驾驶人眼睛在停车让行标志上的停留次数在1 4 5 次至2 7 7 次之间，停 留时间处于6 5 0 m s 至8 2 0 r n s 之间。同时他发现驾驶人眼睛在弯道警告标志上的停留次数在1 6 次 至3 5 次之间，停留时间处于5 1 0 m s 至6 2 0 m s 之间i i9 1 。 由此可见。驾驶入对不同类型( 功能) 的交通标志有着不同的眼部运动特征，本文拟通过安 排驾驶人在真实城市道路上驾车行驶。借助眼动仪和视线跟踪技术获取驾驶人在视认不同类型交 通标志时的眼部运动特征参数，以分析和研究在真实道路交通环境下，交通标志的类型在视认性 上的差异。 2 2 驾驶人属性对交通标志视认性的影响分析 驾驶人属性如驾驶人的年龄、性别、驾龄、受教育程度等均会极大地影响驾驶人的驾驶行为， 因此也必然会影响驾驶人对交通标志的视认特征，国外学者和研究机构对此研究开展较早，取得 了一定成果，国内对此研究则相对较少，本文从驾驶人的年龄、性别、受教育程度等方面分析和 总结了驾驶人的这些属性对交通标志视认性影响。 2 2 1 驾驶人年龄对视认性的影响分析 一般情况下，驾驶人对交通标志的理解随着年龄和驾驶经验的增长而增加。因此，年龄较大 且拥有较多驾驶经验的驾驶人对交通标志的理解和视认是最好的，较年轻且驾驶经验较少的人对 标志的视认是最差的i i 。国外学者h a s h i m a i m a d a n i 通过实验对不同年龄组驾驶人进行比较，发 现较年轻驾驶人( 1 6 - - - - 2 4 岁) 对交通标志的理解明显弱于年长的驾驶人( 3 5 - - , 4 4 岁及4 4 岁以上) 。 这与r i c h a r d s 、h e a t h i n g t o n 等人的研究成果一致，他们认为，在美国年轻驾驶入( 低于1 9 岁) 在理解交叉口交通标志和信号时存在困难1 2 。 研究还发现3 5 岁以下和4 4 岁以上，拥有少于5 年驾驶经验的驾驶人和拥有1 0 - 1 5 年驾驶经 验的驾驶入对交通标志的视认和理解一样好。尽管对于年龄在交通标志视认方面的影响还有待进 一步研究，但驾驶人在拿到驾照之初的几年，对交通标志的视认和记忆比较好。 上述分析表明驾驶人的年龄确实影响交通标志的视认性。国内对驾驶人年龄与交通标志视认 性之间的关系研究较少，本文拟通过真实道路实验获取不同年龄驾驶人对交通标志的眼部运动特 征，并以此为基础研究驾驶人年龄对标志视认性的影响。 l o 第二章交通标志视认性主要影响冈素研究 2 2 2 驾驶人性别对视认性的影响分析 男性驾驶人和女性驾驶人由于在生理、心理特征上具有显著的差异，导致他们之间有着不同 的驾驶行为特征，男女驾驶人最明显也是最重要的差别就是驾驶汽车时的反应和接受能力方面。 日本曾做了男女驾驶入反应时间的两种实验：一种是紧急刹车实验，他们选取了驾驶经验、年龄 相同的男女驾驶入若干名，让他们同时驾驶小汽车在干燥柚油路上行驶，然后各自紧急刹车。测 验结果，女驾驶人刹车距离比男驾驶人长4 米。这说明当遇到有紧急情况时，女驾驶入应变能力 较差。另一种是光音实验。选取同等条件的男女驾驶人在室内做光和音的反应实验，结果，男性 驾驶人对光、音的刺激反应要优于女性1 2 2 1 。为了了解女驾驶人接受能力的著别，日本还对男女驾 驶人考取执照的教育时间进行了调查。根据调查报告，在教育时间上女驾驶人要超过男性驾驶人。 英国的研究也表明，在驾驶人所发生的因操作不当导致的交通事故中，女性驾驶人要高于男性。 男女驾驶人的上述差异同样也存在于对交通标志的认知和理解上，研究显示，女性驾驶人对 交通标志的理解不会随着驾驶经验的增长而显著改进。此外，有1 0 年以上驾驶经验的男性驾驶 人对交通标志的理解明显好于其他经验较少的驾驶人。而且，在每个年龄组中，男性驾驶人对交 通标志的理解明显好于女性驾驶人。这可以解释为男性驾驶人驾驶里程更长，接触交通标志的次 数比女性驾驶人更多。女性驾驶人每年驾驶里程较少，除了城市地区常见的交通标志，她们接触 的交通标志较少【2 3 l 。 国内对驾驶人性别与交通标志视认性之间的关系研究起步较晚，本文拟通过真实道路实验获 取男女驾驶人对交通标志的眼部运动特征，并以此为基础研究我国男性驾驶人和女性驾驶人在交 通标志视认性上的差异是否与国外学者的研究结论类似。 2 2 3 驾驶人教育背景和驾驶经验对视认性的影响分析 国外研究表明，教育背景和驾驶经验对交通标志视认性存在影响。研究发现随着教育背景的 加深。驾驶人对交通标志的理解力有显著的增长。例如对于有1 0 - 1 5 年驾驶经验且教育程度较低 的驾驶人，他们对交通标志